CN106872016A - 一种用于振动传感的双偏振态检偏器 - Google Patents

一种用于振动传感的双偏振态检偏器 Download PDF

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龚德华
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Abstract

本发明公开了一种用于振动传感的双偏振态检偏器，入射光经过第一光纤准直器后入射到分光器件，生成第一光束和第二光束，第一光束垂直入射所述第一偏振片，从第一偏振片出射的光经过第二光纤准直器，第二光束垂直入射第二偏振片，从第二偏振片出射的光经过第三光纤准直器，第一偏振片的透光轴和第二偏振片的透光轴的夹角范围为5‑85度。本发明提供的双偏振态检偏器，所需光学器件成本低廉且结构简单，在增加很小成本的情况下，即可克服温度、部署方式以及非保偏光纤品质差异等不稳定环境因素的影响，且具有较高振动传感灵敏度。提供了一种能够在不稳定环境中通过偏振状态的变化检测振动特性的成本受限光纤偏振态检测振动传感***解决方案。

Description

一种用于振动传感的双偏振态检偏器
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种用于振动传感的双偏振态检偏器。
背景技术
光波是一种横波，具有偏振特性。利用振动对光纤内光束偏振状态的影响，可以测定振动的存在。在成本受限的光纤偏振态振动传感***中，仅使用单检偏器即可测定在传感光纤线路上是否发生了振动。但光源发出的光束偏振态随温度变化而变化。这一问题可能造成光纤偏振态检测振动传感***灵敏度的波动，进而发生传感***的误报或漏报。而增加偏振控制器来稳定光源，可能给成本受限的偏振态检测振动传感***带来较大幅度的成本升高。
另一方面在成本受限的光纤偏振态振动传感***中，采用的非保偏光纤中光信号的偏振态对温度、部署方式以及非保偏光纤品质差异也更为敏感。单检偏器的灵敏度可能在这些不稳定环境中具有更低的振动传感灵敏度。虽然使用保偏光纤可以部分稳定环境变化或光纤品质差异带来的影响，但保偏光纤的材料成本与部署成本过高，在成本受限的光纤偏振态检测振动传感***中难以得到广泛应用。
因此提供一种对不稳定偏振态中振动特性检测的手段是目前低成本光纤偏振态检测振动传感***中急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于振动传感的双偏振态检偏器，在不增加成本的情况下提供一种不会受温度、部署方式以及非保偏光纤品质差异等不稳定环境因素的影响，且具有较高振动传感灵敏度的检偏器，由此解决现有技术中成本受限的光纤偏振态检测振动传感***无法在不稳定环境中准确通过偏振状态的变化检测振动特性的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于振动传感的双偏振态检偏器，包括第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、用于将入射光一分为二的分光器件、第一偏振片以及第二偏振片；其中：入射光经过所述第一光纤准直器后入射到所述分光器件，生成第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射所述第一偏振片，从所述第一偏振片出射的光经过所述第二光纤准直器，所述第二光束垂直入射所述第二偏振片，从所述第二偏振片出射的光经过所述第三光纤准直器，所述第一偏振片的透光轴和第二偏振片的透光轴的夹角范围为5-85度。
本发明实施例中，通过分光器件将入射光分成两束光，并分别入射具有一定夹角的两个偏振片，从而能够根据透过两个偏振片的光强之和来检测光纤中是否发生振动。组成本发明提供的检偏器所需要的光学器件成本低廉，仅需要一个分光器件和两个偏振片，并且该检偏器结构简单，仅需保证入射光分成两束且两个偏振片的通光轴具有一定夹角，不需要增加额外检偏器也不需要使用保偏光纤，在增加很小成本的情况下，即可克服温度、部署方式以及非保偏光纤品质差异等不稳定环境因素的影响，且具有较高振动传感灵敏度。从而提供了一种能够在不稳定环境中通过偏振状态的变化检测振动特性的成本受限的光纤偏振态检测振动传感***解决方案。
本发明的一个实施例中，所述第一偏振片的透光轴和第二偏振片的透光轴的夹角范围为15-75度。
本发明的一个实施例中，所述第一偏振片的透光轴和第二偏振片的透光轴的夹角为45度。在两个偏振片的通光轴的夹角为45度时，本发明实施例提供的检偏器受温度、部署方式以及非保偏光纤品质差异等不稳定环境因素的影响最小，且具有最高的振动传感灵敏度。
本发明的一个实施例中，所述分光器件为半透半反镜。半透半反镜成本低廉性能可靠，并且分光后不需要进行准直，可以保证整个检偏器的可靠性和低成本。
本发明的一个实施例中，所述分光器件包括：分光器或分束器，设置于所述分光器或分束器与所述第一述偏振片之间的第四光纤准直器，以及设置于所述分光器或分束器与所述第二述偏振片之间的第五光纤准直器。分光器件也可以使用分光器或分束器加上两个光纤准直器组成，从而提供更多的可实现方案，在器件不足时有更多选择性。
本发明的一个实施例中，所述分光器件生成的第一光束和第二光束的比例为50：50。当第一光束和第二光束的比例相等时，入射到两个偏振片的光强也基本相同，便于后续利用透过两个偏振片的光强来计算光纤发生振动的特性。
本发明的一个实施例中，所述分光器件的镜面与入射光的夹角的范围为10-80度。
本发明的一个实施例中，所述分光器件的镜面与入射光的夹角为45度。当分光器件的镜面与入射光的夹角为45度时，第一光束和第二光束之间的夹角为90度，所述第一偏振片与第二偏振片之间的夹角为90度。方便本发明双偏振态检偏器中各光学器件的空间设置，也便于后续利用透过两个偏振片的光强来计算光纤发生振动的特性。
本发明的一个实施例中，入射光通过非保偏光纤入射到所述分光器件。通过本发明实施例提供的双偏振态检偏器，不需要在光路中使用保偏光纤，使用普通的非保偏光纤，即可克服温度、部署方式以及非保偏光纤品质差异等不稳定环境因素的影响，具有较高振动传感灵敏度。
本发明的一个实施例中，入射光通过单模光纤或多模光纤入射到所述分光器件。通过本发明实施例提供的双偏振态检偏器，在其各个光路中根据需要既可使用单模光纤也可使用多模光纤，从而能够应用于各种类型光纤的振动检测，具有广阔的应用场景。
附图说明
图1是本发明实施例中一种用于振动传感的双偏振态检偏器的结构示意图；
图2是本发明实施例中两偏振片的通光轴间夹角示意图；
图3是本发明实施例中另一种用于振动传感的双偏振态检偏器的结构示意图；
图4是本发明实施例中另一种用于振动传感的双偏振态检偏器的结构示意图；
图5是本发明实施例中一种用于振动传感的双偏振态检偏器的外壳结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-第一光纤准直器 2-第二光纤准直器 3-第三光纤准直器 4-分光器件 5-第一偏振片 6-第二偏振片 7-第四光纤准直器 8-第五光纤准直器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种用于振动传感的双偏振态检偏器，包括包括第一光纤准直器1、第二光纤准直器2、第三光纤准直器3、用于将入射光一分为二的分光器件4、第一偏振片5以及第二偏振片6；其中：入射光经过所述第一光纤准直器1后入射到所述分光器件4，生成第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射所述第一偏振片5，从所述第一偏振片5出射的光经过所述第二光纤准直器2，所述第二光束垂直入射所述第二偏振片6，从所述第二偏振片6出射的光经过所述第三光纤准直器3，所述第一偏振片5的透光轴和第二偏振片6的透光轴形成一夹角α。
光纤准直器，通常由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成。它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内。
当入射光通过第一光纤准直器1准直后，再经过所述分光器件4一分为二生成两束光。两束光分别入射通光轴具有一定夹角的第一偏振片5以及第二偏振片6，可对通过这两个偏振片的光强的绝对值求和作为光纤发生振动的判定依据。
两个偏振片的夹角应在0到90度之间。如图2所示，所述夹角α的取值范围为5-85度。优选地，所述α的取值范围为15-75度。通过实验证明，当所述α的取值为45度时，通过两个偏振片的光强绝对值之和对温度、部署方式及光纤品质差异等环境噪声最不敏感。因此，所述第一偏振片5以及第二偏振片6的通光轴之间的夹角为45度时为最优取值。
其中，所述分光器件4可以为半透半反镜。入射光经过所述半透半反镜后形成反射光和透射光两束光，分别入射所述第一偏振片5和第二偏振片6。
或者所述分光器件4可以是分光器或分束器，此时需要在分光器或分束器与两个偏振片之间各设置一个光纤准直器。如图3所示，所述分光器件4可以包括：分光器或分束器，设置于所述分光器或分束器与所述第一述偏振片之间的第四光纤准直器7，以及设置于所述分光器或分束器与所述第二述偏振片之间的第五光纤准直器8。
所述分光器件4的作用是将入射光一分为二形成第一光束和第二光束，所述第一光束和第二光束的比例可根据需要确定。优选地，所述第一光束和第二光束的比例为50：50。此时，例如当分光器件4为半透半反镜时，经过半透半反镜形成反射光和透射光，入射光的一半光强被反射，一半被透射。
所述分光器件4需实现入射光的一分为二，所以所述分光器件4的镜面与入射光要形成一定夹角。通常所述夹角的范围为10-80度(以锐角说明)。优选地，如图1所示，在本发明的一个实施例中，所述分光器件4的镜面与入射光的夹角为45度。此时，第一光束和第二光束之间的夹角为90度，所述第一偏振片5与第二偏振片6之间的夹角为90度。
另外，如图4所示，在本发明的另一个实施例中，所述分光器件4的镜面与入射光的夹角为30度。此时，第一光束和第二光束之间的夹角为60度，所述第一偏振片5与第二偏振片6之间的夹角为120度。即所述第一偏振片5与第二偏振片6以所述分光器件4的镜面对称分布。
在本发明的一个实施例中，所述入射光通常通过非保偏光纤入射到所述分光器件4。当然，也可以使用保偏光纤。
在本发明的一个实施例中，入射光通过单模光纤或多模光纤入射到所述分光器件4。在利用本发明实施例提供的双偏振态检偏器时，各光路上使用的光纤均可以是单模光纤或多模光纤，可根据需要确定。
如图5所示为本发明实施例中一种双偏振态检偏器的外壳结构示意图，由光纤准直器、分光器件及偏振片构成的光路结构封装于外壳结构中，形成可直接工程应用的检偏器。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，包括第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、用于将入射光一分为二的分光器件、第一偏振片以及第二偏振片；其中：入射光经过所述第一光纤准直器后入射到所述分光器件，生成第一光束和第二光束，所述第一光束垂直入射所述第一偏振片，从所述第一偏振片出射的光经过所述第二光纤准直器，所述第二光束垂直入射所述第二偏振片，从所述第二偏振片出射的光经过所述第三光纤准直器，所述第一偏振片的透光轴和第二偏振片的透光轴的夹角范围为5-85度。
2.如权利要求1所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，所述第一偏振片的透光轴和第二偏振片的透光轴的夹角范围为15-75度。
3.如权利要求1所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，所述第一偏振片的透光轴和第二偏振片的透光轴的夹角为45度。
4.如权利要求1至3任一项所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，所述分光器件为半透半反镜。
5.如权利要求1至3任一项所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，所述分光器件包括：分光器或分束器，设置于所述分光器或分束器与所述第一述偏振片之间的第四光纤准直器，以及设置于所述分光器或分束器与所述第二述偏振片之间的第五光纤准直器。
6.如权利要求1至3任一项所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，所述分光器件生成的第一光束和第二光束的比例为50：50。
7.如权利要求1至3任一项所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，所述分光器件的镜面与入射光的夹角的范围为10-80度。
8.如权利要求1至3任一项所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，所述分光器件的镜面与入射光的夹角为45度。
9.如权利要求1至3任一项所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，入射光通过非保偏光纤入射到所述分光器件。
10.如权利要求1至3任一项所述的用于振动传感的双偏振态检偏器，其特征在于，入射光通过单模光纤或多模光纤入射到所述分光器件。
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